Lityum izotopları - Isotopes of lithium

Lityum  ana izotopları ( 3 Li)
İzotop Çürümek
bolluk yarı ömür ( t 1/2 ) mod ürün
6 Litre [0.019 , 0.078 ] kararlı
7 Li [0.922 , 0.981 ] kararlı
Standart atom ağırlığı A r, standart (Li) [6.938 , 6.997 ] geleneksel: 6.94

Doğal olarak oluşan lityum ( 3 Li), iki kararlı izotoptan , lityum-6 ve lityum-7'den oluşur, ikincisi çok daha boldur: atomların yaklaşık yüzde 92,5'i . Doğal izotopların her ikisi de, bitişik daha hafif ve daha ağır elementler, helyum (~7.1 MeV) ve berilyum (~6.5 MeV) ile karşılaştırıldığında, nükleon başına (~5.3 MeV ) beklenmedik şekilde düşük nükleer bağlanma enerjisine sahiptir . Lityumun en uzun ömürlü radyoizotopu , sadece 839,4 milisaniyelik bir yarı ömre sahip olan lityum-8'dir . Lityum-9'un yarı ömrü 178.3 milisaniyedir ve lityum-11'in yarı ömrü yaklaşık 8.75 milisaniyedir. Kalan tüm lityum izotoplarının yarılanma ömrü 10 nanosaniyeden daha kısadır . Lityumun bilinen en kısa ömürlü izotopu, yarı ömrü yaklaşık olarak proton emisyonu ile bozunan lityum-4'tür .9.1 × 10 −23 saniye, ancak lityum-3'ün yarı ömrü henüz belirlenmemiş ve içinde proton emisyonuna maruz kalan helyum-2 (diproton) gibi çok daha kısa olması muhtemeldir.10 -9 sn.

Lityum 7 ve lityum-6 ikisi ilkel nüklidlerin üretildi büyük Bang 10 olmak lityum-7, -9 tüm ilkel nüklidlerin ve lityum-6 yaklaşık 10 -13 . Bazı yıldızlarda küçük bir lityum-6 yüzdesinin nükleer reaksiyonlarla üretildiği de bilinmektedir . Lityum izotopları, mineral oluşumu (kimyasal çökelme ve iyon değişimi ) dahil olmak üzere çeşitli jeolojik süreçler sırasında bir şekilde ayrılır . Lityum iyonları , killerdeki belirli oktahedral konumlarda magnezyum veya demirin yerini alır ve bazen lityum-7 yerine lityum-6 tercih edilir. Bu, jeolojik süreçlerde lityum-6'nın bir miktar zenginleşmesiyle sonuçlanır.

Lityum-6 önemli izotop olan nükleer fizik o bombardımana edildiğinde çünkü nötronlar , trityum üretilir.

Doğal olarak oluşan lityum izotoplarının bolluğunu gösteren bir grafik.

izotopların listesi

nüklid
 Z n İzotopik kütle ( Da )
 Yarı ömür

[ rezonans genişliği ] 		çürüme
modu
 kızı
izotop
 Spin ve
parite
 Doğal bolluk (mol kesri)
uyarılma enerjisi Normal oran Varyasyon aralığı
3
Li
 		3 0 3.030 775 # P 2
o
4
Li
 		3 1 4.027 19 (23) 91(9) × 10 -24  sn
[6.03 MeV ] 		P 3
o
 		2–
5
Li
 		3 2 5.012 54 (5) 370(30) × 10 -24  sn
[~1.5 MeV ] 		P 4
o
 		3/2–
6
Li
 		3 3 6.015 122 8874 (15) Kararlı 1+ 0.0759(4) 0,072 25 –0.077 14
6m
Li
 		3 562 .88(10) keV 5,6(14) × 10 −17  sn O 6
Li
 		0+
7
Li
 		3 4 7.016 003 437 (5) Kararlı 3/2– 0,9241(4) 0,922 75 –0,927 86
8
Li
 		3 5 8.022 486 25 (5) 839,40(36) ms β - 8
olmak
 		2+
9
Li
 		3 6 9.026 790 19 (20) 178.3(4) ms β - , n (%50,8) 8
olmak
 		3/2–
β - (%49.2) 9
olmak
10
Li
 		3 7 10.035 483 (14) 2.0(5) × 10 −21  sn
[1.2(3) MeV ] 		n 9
Li
 		(1−, 2−)
10m1
Li
 		200(40) keV 3,7(15) × 10 −21  sn 1+
10m2
Li
 		480(40) keV 1,35(24) × 10 −21  sn 2+
11
Li
 		3 8 11.043 7236 (7) 8,75(14) ms β - , n (%86,3) 10
olmak
 		3/2–
β - (%5.978) 11
olmak
β − , 2n (%4,1) 9
olmak
β − , 3n (%1,9) 8
olmak
β - , α (%1.7) 7
o
, 4
o
β − , fisyon (%0,009) 8
Li
, 3
H
β − , fisyon (0,013%) 9
Li
, 2
H
12
Li
 		3 9 12.052 61 (3) <10 saniye n 11
Li
13
Li
 		3 10 13.061 17 (8) 3,3(12) × 10 −21  sn 2n 11
Li
 		3/2−#
Bu tablo üstbilgisi ve altbilgisi:
  1. ^ m Li – Heyecanlı nükleer izomer .
  2. ^ ( ) – Belirsizlik (1 σ ), karşılık gelen son rakamlardan sonra parantez içinde kısa ve öz olarak verilmiştir.
  3. ^ # – # ile işaretlenmiş atomik kütle: değer ve belirsizlik tamamen deneysel verilerden değil, en azından kısmen Kütle Yüzeyinden (TMS) gelen eğilimlerden türetilmiştir.
  4. ^ Bozunma modları:
    O: izomerik geçiş
    n: nötron emisyonu
    P: proton emisyonu
  5. ^ Kızı olarak kalın sembol – Ek ürün kararlıdır.
  6. ^ ( ) dönüş değeri – Zayıf atama bağımsız değişkenleriyle dönüşü gösterir.
  7. ^ # – # ile işaretlenen değerler tamamen deneysel verilerden değil, en azından kısmen komşu nüklidlerin (TNN) eğilimlerinden türetilmiştir.
  8. ^ Birkaç kararlı tek-tek çekirdekten biri
  9. ^ Big Bang nükleosentezinde ve kozmik ışın parçalanmasıyla üretilir
  10. ^ 8 Li → 2 4 He + e − net reaksiyon içinhemen iki α-parçacığına bozunur
  11. ^ 9 Li → 2 4 He + 1 n + e − net reaksiyon için hemen iki α-parçacığına bozunur
  12. ^ 2 halo nötronu vardır
  13. ^ 11 Li → 2 4 He + 3 1 n + e − net reaksiyon içinhemen iki 4 He atomunabozunur
  • Tükenmiş lityumda ( 6 Li çıkarılmış halde), lityum-6'nın nispi bolluğu normal değerinin yüzde 20'sine kadar düşürülebilir ve ölçülen atom kütlesi 6.94 Da ile 7.00 Da arasında değişir .

izotop ayrımı

kolex ayırma

Ana madde: COLEX işlemi (izotopik ayırma)

Lityum-6, cıva elementi için lityum-7'den daha büyük bir afiniteye sahiptir . Lityum hidroksit içeren çözeltilere bir lityum ve cıva karışımı eklendiğinde , lityum-6 amalgamda daha konsantre hale gelir ve lityum-7 hidroksit çözeltisinde daha fazla konsantre olur.

Colex ( sütun UMN ex ayırma yöntemi yapar değişim) aşamaları bir çağlayanı içinden amalgamı ve hidroksit bir karşı-akım geçirerek bu kullanımı ile ilgilidir. Fraksiyon lityum-6 tercihen cıva ile boşaltılır, ama lityum 7 hidroksit ile akmaktadır. Kolonun dibinde, lityum (lityum-6 ile zenginleştirilmiş) amalgamdan ayrılır ve cıva, taze hammadde ile yeniden kullanılmak üzere geri kazanılır . Üstte, lityum hidroksit çözeltisi, lityum-7 fraksiyonunu serbest bırakmak için elektrolize edilir. Bu yöntemle elde edilen zenginleştirme kolon uzunluğuna ve akış hızına göre değişir.

Vakumla damıtma

Lityum bir vakumda yaklaşık 550 °C sıcaklığa ısıtılır  . Lityum atomları sıvı yüzeyinden buharlaşır ve sıvı yüzeyinden birkaç santimetre yukarıda bulunan soğuk bir yüzeyde toplanır. Lityum-6 atomları daha büyük bir ortalama serbest yola sahip olduğundan, tercihen toplanırlar.

Teorik ayırma verimliliği yaklaşık yüzde 8,0'dır. Daha yüksek derecelerde ayırma elde etmek için çok aşamalı bir işlem kullanılabilir.

Lityum-3

Triproton olarak da bilinen Lityum-3 , üç proton ve sıfır nötrondan oluşacaktı . 1969'da protonun bağlanmadığı bildirildi , ancak bu sonuç kabul edilmedi ve varlığı kanıtlanmadı. 3 Li'ye atfedilebilecek başka hiçbir rezonans bildirilmemiştir ve ani proton emisyonu ile bozunması beklenmektedir ( diproton , 2 He gibi).

Lityum-4

Lityum-4 , üç proton ve bir nötron içerir. Yaklaşık 91 yoktosaniye yarı ömrü ile lityumun bilinen en kısa ömürlü izotopudur.9.1 × 10 −23 saniye) ve proton emisyonu ile helyum-3'e bozunur . Lityum-4, bazı nükleer füzyon reaksiyonlarında bir ara madde olarak oluşturulabilir .

Lityum-6

Lityum-6 , trityum (hidrojen-3) üretimi için kaynak malzeme ve nükleer füzyon reaksiyonlarında nötron emici olarak değerlidir . Doğal lityum yaklaşık yüzde 7,5 lityum-6 içerir, geri kalanı lityum-7'dir. Hidrojen bombalarına yerleştirmek için büyük miktarlarda lityum-6 ayrıldı . Lityum-6'nın ayrılması, büyük termonükleer güçlerde artık sona ermiştir , ancak bu ülkelerde stokları kalmıştır.

DT füzyon (arasındaki reaksiyon döteryum bu mümkün uygulama için yeterli enerji çıkışı ile tek füzyon reaksiyonu şu anda olduğu gibi ve trityum), olası bir enerji kaynağı olarak araştırılmıştır. Bu senaryoda, gerekli miktarlarda trityum üretmek için zenginleştirilmiş lityum-6 gerekli olacaktır. Lityum-6'nın bolluğu bu senaryoda potansiyel bir sınırlayıcı faktördür, ancak diğer lityum kaynakları (deniz suyu gibi) de kullanılabilir.

Lityum-6, spini 1 olan sadece üç kararlı izotoptan biridir, diğerleri döteryum ve nitrojen-14'tür ve herhangi bir kararlı çekirdeğin en küçük sıfır olmayan nükleer elektrik dört kutuplu momentine sahiptir.

Lityum-7

Lityum-7, tüm doğal lityumun yaklaşık yüzde 92,5'ini oluşturan en bol izotoptur. Bir lityum-7 atomu üç proton, dört nötron ve üç elektron içerir. Nükleer özelliklerinden dolayı lityum-7, evrendeki helyum , berilyum , karbon , nitrojen veya oksijenden daha az yaygındır , son dördünün hepsinin daha ağır çekirdekleri olmasına rağmen .

Lityum-6'nın endüstriyel üretimi, lityum-7'de zenginleştirilmiş ve lityum-6'da tükenmiş bir atık ürünle sonuçlanır. Bu malzeme ticari olarak satılmıştır ve bir kısmı çevreye bırakılmıştır. Bir lityum işleme tesisinin akış aşağısında bulunan Pennsylvania'daki West Valley Creek'in altındaki bir karbonat akiferindeki yeraltı suyunda, doğal değerinden yüzde 35 kadar yüksek bir nispi lityum-7 bolluğu ölçülmüştür . Tükenmiş lityumda, lityum-6'nın nispi bolluğu nominal değerinin yüzde 20'sine kadar düşürülebilir, bu da atılan lityum için yaklaşık 6.94 Da ila yaklaşık 7.00 Da arasında değişebilen ortalama bir atom kütlesi verir  . Bu nedenle, lityumun izotopik bileşimi, kaynağına bağlı olarak biraz değişebilir. Tüm lityum kaynakları için lityum örnekleri için doğru bir atom kütlesi ölçülemez.

Lityum 7 erimiş bir parçası olarak kullanılan lityum florid olarak ergimiş tuz reaktör sıvı: flor , nükleer reaktörler . Lityum-7'nin çok küçük nötron kesiti (yaklaşık 45 milibar ) ile karşılaştırıldığında lityum-6'nın büyük nötron absorpsiyon kesiti (yaklaşık 940 barn ) , lityum-7'nin doğal lityumdan yüksek oranda ayrılmasını olası kullanım için güçlü bir gereklilik haline getirir. lityum florür reaktörlerinde.

Lityum-7 hidroksit basınçlı su reaktörlerinde soğutucunun alkalileştirilmesi için kullanılır .

Birkaç pikosaniye için çekirdeğinde bir lambda parçacığı içeren bazı lityum-7 üretilmiştir, oysa bir atom çekirdeğinin genellikle yalnızca nötron ve proton içerdiği düşünülür.

Lityum-11

Lityum-11'in , ikisi nükleer bir haloda olan üç proton ve sekiz nötrondan oluşan bir halo çekirdeğe sahip olduğu düşünülmektedir . Bu 3.16 fm bir derece büyük bir enine kesite sahip 2 ile karşılaştırılabilir, 208 Pb . Bu bozunur beta emisyonu için 11 Be sonra çeşitli şekillerde (aşağıdaki tabloya bakınız) çürükleri, hangi.

Lityum-12

Lityum-12 , yaklaşık 10 nanosaniyelik oldukça kısa bir yarı ömre sahiptir. Nötron emisyonu ile yukarıda bahsedildiği gibi bozunan 11 Li'ye bozunur.

çürüme zincirleri

β - berilyum izotoplarına bozunma (genellikle tek veya çoklu nötron emisyonu ile birleştirilir) lityumun daha ağır izotoplarında baskın iken, 10 Li ve 12 Li, nötron emisyonu yoluyla sırasıyla 9 Li ve 11 Li'ye bozunurlar . nötron damlama hattı . Lityum-11'in ayrıca çoklu fisyon biçimleri yoluyla bozunduğu da gözlemlenmiştir. 6 Li'den daha hafif izotoplar , proton damlama hattının ötesinde oldukları için yalnızca proton emisyonu ile bozunurlar. 10 Li'nin iki izomerinin bozunma modları bilinmemektedir.

Ayrıca bakınız

Referanslar

  1. ^ a b "Lityumun Atom Ağırlığı" . CIAAW . Erişim tarihi: 6 Ekim 2021 .
  2. ^ "Standart Atom Ağırlıkları: Lityum" . CIAAW . 2009.
  3. ^ Fields, Brian D. (2011). "İlkel Lityum Sorunu" . Nükleer ve Parçacık Biliminin Yıllık Gözden Geçirilmesi . 61 (1): 47-68. arXiv : 1203.3551 . Bibcode : 2011ARNPS..61...47F . doi : 10.1146/annurev-nucl-102010-130445 . S2CID  119265528 .
  4. ^ Yarı ömür, bozunma modu, nükleer dönüş ve izotopik bileşim şu kaynaklara sahiptir:
    Audi, G.; Kondev, FG; Wang, M.; Huang, WJ; Naimi, S. (2017). "Nükleer özelliklerin NUBASE2016 değerlendirmesi" (PDF) . Çinli Fizik C . 41 (3): 030001. Bibcode : 2017ChPhC..41c0001A . doi : 10.1088/1674-1137/41/3/030001 .
  5. ^ Wang, M.; Audi, G.; Kondev, FG; Huang, WJ; Naimi, S.; Xu, X. (2017). "AME2016 atomik kütle değerlendirmesi (II). Tablolar, grafikler ve referanslar" (PDF) . Çinli Fizik C . 41 (3): 030003-1–030003-442. doi : 10.1088/1674-1137/41/3/030003 .
  6. ^ a b "Lityumun İzotopları" . 20 Ekim 2013 alındı .
  7. ^ Audi, G.; Kondev, FG; Wang, M.; Huang, WJ; Naimi, S. (2017). "Nükleer özelliklerin NUBASE2016 değerlendirmesi" (PDF) . Çinli Fizik C . 41 (3): 03001–21. Bibcode : 2017ChPhC..41c0001A . doi : 10.1088/1674-1137/41/3/030001 .
  8. ^ Purcell, JE; Kelley, JH; Kwan, E.; Sheu, CG; Weller, İK (2010). "Işık Çekirdeklerinin Enerji Düzeyleri ( A  = 3)" (PDF) . Nükleer Fizik A . 848 (1): 1. Bibcode : 2010NuPhA.848....1P . doi : 10.1016/j.nuclphysa.2010.08.012 .
  9. ^ Bradshaw, AM; Hamacher, T.; Fischer, U. (2010). "Nükleer füzyon sürdürülebilir bir enerji formu mu?" (PDF) . Füzyon Mühendisliği ve Tasarımı . 86 (9): 2770-2773. doi : 10.1016/j.fusengdes.2010.11.040 . hdl : 11858/00-001M-0000-0026-E9D2-6 .
  10. ^ Chandrakumar, N. (2012). Spin-1 NMR . Springer Bilim ve İş Medyası. P. 5. ISBN'si  9783642610899.
  11. ^ Coplen, Tyler B.; Hopple, JA; Böhlke, John Karl; Peiser, H. Steffen; Rieder, SE; Krouse, İK; Rosman, Kevin JR; Din, T.; Vocke, RD, Jr.; Revész, KM; Lamberty, A.; Taylor, Philip DP; De Bievre, Paul; "Doğal olarak oluşan karasal malzemelerde ve reaktiflerde seçilen elementlerin minimum ve maksimum izotop oranlarının derlenmesi", US Geological Survey Water-Resources Investigations Report 01-4222 (2002). TB Coplen'de alıntılandığı gibi ; ve diğerleri (2002). "Seçilen Elementlerin İzotop-Bolluk Varyasyonları (IUPAC teknik raporu)" (PDF) . Saf ve Uygulamalı Kimya . 74 (10): 1987–2017. doi : 10.1351/pac200274101987 . S2CID  97223816 .
  12. ^ Holden, Norman E. (Ocak-Şubat 2010). "Tükenmiş 6 Li'nin Lityum Standart Atom Ağırlığı Üzerindeki Etkisi " . Kimya Uluslararası . Uluslararası Saf ve Uygulamalı Kimya Birliği . Erişim tarihi: 6 Mayıs 2014 .
  13. ^ Kritik İzotopları Yönetmek: İstikrarlı Bir Tedarik Sağlamak için Lityum-7'nin Yönetilmesi Gerekiyor, GAO-13-716 // ABD Devlet Hesap Verebilirlik Ofisi , 19 Eylül 2013; pdf
  14. ^ Emsley, John (2001). Doğanın Yapı Taşları: Elementler için A'dan Z'ye Rehber . Oxford Üniversitesi Yayınları. s. 234–239. ISBN'si 978-0-19-850340-8.
  15. ^ Brumfiel, Geoff (1 Mart 2001). "İnanılmaz Küçülen Çekirdek". Fiziksel İnceleme Odak . Cilt 7. doi : 10.1103/PhysRevFocus.7.11 .

Dış bağlantılar

Lewis, GN; MacDonald, RT (1936). "Lityum İzotoplarının Ayrılması". Amerikan Kimya Derneği Dergisi . 58 (12): 2519–2524. doi : 10.1021/ja01303a045 .